Шпаргалка по "Биологии"

Число, размер и форма  хромосом в наборе у разных видов  могут варьировать. Совокупность признаков  хромосомного набора называют кариотипом.

Хромосомный набор специфичен и постоянен для особей каждого  вида. У человека 46 хромосом, у мыши - 40 хромосом и т.д. В соматических клетках, имеющих диплоидный набор  хромосом, хромосомы парные. Их называют гомологичными. Одна хромосома в  паре происходит от материнского организма, другая - от отцовского. Изменения в  структуре хромосом или в их числе  возникают в результате мутаций. Каждая пара хромосом в наборе индивидуальна. Хромосомы из разных пар называют негомологичными. В кариотипе различают  половые хромосомы (у человека это  Х–хромосома и Y–хромосома) и аутосомы (все остальные). Половые клетки имеют  гаплоидный набор хромосом. Основу хромосомы составляет молекула ДНК, связанная с белками (гистонами  и др.) в нуклеопротеид. Основное положение молекулярной биологии, сформулированное Ф. Криком, утверждает, что перенос  генетической информации осуществляется:

1. от ДНК к ДНК путем репликации
2. от ДНК через и-РНК (м-РНК) к белку

Процесс самовоспроизведения  макромолекул нуклеиновых кислот (репликация) обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения  к поколению. Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры молекулы ДНК, дает возможность понять, как  синтезируются новые молекулы в  синтетическом периоде интерфазы  жизненного цикла клетки перед ее делением.

№6

Современные представления об организации  эукариотической клетки (2^хмембранные органеллы)

Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках

Основная функция  митохондрии связана с окислением органических соединений и использованием энергии, освобождающейся при распаде  этих соединений, для синтеза молекул  АТФ (рис. 35). Число, размеры, форма митохондрии  в клетке различны и непостоянны. Митохондрии могут иметь вытянутую, округлую, спиральную, палочковидную  форму. В клетках, нуждающихся в  большом количестве энергии, митохондрии  много. Например, в одной печеночной клетке их может быть около 1000. Локализация  митохондрии различна. Обычно они  скапливаются вблизи тех участков цитоплазмы, где велика потребность в энергии  АТФ. Например, в скелетных мышцах митохондрии находятся вблизи миофибрилл. Каждая митохондрия окружена двумя  мембранами. Наружная митохондриальная мембрана, отделяющая ее от гиалоплазмы, гладкая. Наружную мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство. Внутренняя мембрана, ограничивающая матрикс митохондрии, образует многочисленные складки (кристы). Чем больше крист  присутствует в митохондрии, тем  интенсивнее протекают окислительно-восстановительные  процессы.

Например, митохондрии  клеток сердечной мышцы содержат втрое больше крист, чем митохондрии  клеток печени. В матриксе митохондрии  находятся различные ферменты, кольцевая  молекула ДНК, рибосомы, РНК. На митохондриальных рибосомах синтезируются белки, специфические для органеллы. Митохондрии  относят к полуавтономным органеллам. На внутренней мембране присутствуют белки, катализирующие окислительновосстановительные  реакции в дыхательной цепи, ферменты, участвующие в синтезе АТФ, и  специфические транспортные белки. Наружная мембрана содержит ферменты, участвующие в синтезе митохондриальных липидов. Митохондрии называют энергетическими  станциями клетки. В них происходит окисление органических веществ, благодаря  чему освобождается заключенная  в веществах энергия. Она необходима для осуществления всех жизненных  процессов в клетке. Эта энергия  используется на восстановительные  процессы. В митохондриях осуществляется восстановление  ( синтез) АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) из АДФ (аденозиндифосфорной кислоты). В результате энергия, выделившаяся при разложении веществ, вновь переходит в связанную форму в молекуле АТФ. АТФ транспортируется ко всем участкам клетки, где необходима энергия. Эта энергия, заключенная в макроэргических связях в молекуле АТФ, выделяется при распаде АТФ до АДФ. АДФ снова поступает в митохондрии, где в ходе восстановительных реакций превращается в АТФ, связав энергию, освобожденную при окислении веществ. Окислительно-восстановительные процессы в митохондриях протекают ступенчато, при участии окислительных ферментов. Эти процессы обусловлены переходом энергии химических связей, заключенной в веществах, в макроэргическую связь в молекуле АТФ, которая синтезируется при использовании освобождающейся энергии из АДФ и фосфата. Митохондрии размножаются поперечным делением или фрагментацией на более короткие.

Пластиды – двумембранные органеллы, присутствующие в растительных клетках. Различают три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты (рис. 36). Хлоропласты – органеллы, осуществляющие фотосинтез, ограничены двумя мембранами – внешней и внутренней. Между мембранами есть межмембранное пространство. В хлоропластах присутствует зеленый пигмент – хлорофилл, находящийся в системе мембран, которые погружены во внутреннее содержимое пластид – матрикс (или строму). В строме хлоропластов находятся плоские мембранные структуры, называемые ламеллами. Ламеллы стромы лежат параллельно друг другу и связаны между собой. Две соседние мембраны, соединяясь концами, формируют замкнутые плоские мембранные структуры в форме диска – тилакоиды, – содержащие внутри жидкость. Тилакоиды, уложенные в стопки, образуют граны. Число тилакоидов на одну грану варьирует: от нескольких единиц до 50 и более. Тилакоиды в гране тесно сближены друг с другом. В состав граны, кроме замкнутых дисков тилакоидов, входят участки ламелл. Ламеллы стромы связывают между собой отдельные граны хлоропласта. Количество гран в хлоропластах может достигать 40-60. В мембранных структурах хлоропластов присутствуют пигменты: зеленые (хлорофиллы А и В), желто-оранжевые (ксантофилл и каротин) и др., ферменты, синтезирующие АТФ и переносчики электронов.

Рибосомы относят к немембранным органеллам клетки. На рибосомах осуществляется соединение аминокислотных остатков в полипептидные цепочки (синтез белка). Рибосомы очень малы и многочисленны. Каждая рибосома состоит из двух частей: малой и большой субъединиц. В первую входят молекулы белка и одна молекула рибосомальной РНК (р–РНК), во вторую - белки и три молекулы р–РНК (рис. 38). Белок и р–РНК по массе в равных количествах участвуют в образовании рибосом. Р–РНК синтезируется в ядрышке. В синтезе белка, кроме рибосом, принимают участие матричная РНК (м–РНК) и транспортная РНК (т–РНК). М–РНК несет генетическую информацию о синтезе белка от ядра. Эта информация закодирована в последовательном расположении нуклеотидов в молекуле м–РНК. М–РНК присоединяется к поверхности малой субъединицы. Т–РНК доставляет из цитоплазмы к рибосоме необходимые аминокислоты, из которых строится полипептидная цепь. В растущей полипептидной цепи каждая аминокислота занимает соответствующее место, что определяет качество синтезируемого белка. В процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль м–РНК.

В синтезе одной полипептидной  цепочки участвуют много рибосом, соединенных последовательно друг с другом м–РНК. Такой комплекс из рибосом называют полирибосомой. Рибосомы удерживают в нужном положении аминокислоты, м–РНК, т–РНК до тех пор, пока между  соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.

Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме или быть связанными с эндоплазматической сетью, входя в состав шероховатой ЭПС.

Белки, образовавшиеся на рибосомах, соединенных с мембраной  ЭПС, обычно поступают в цистерны ЭПС. Белки, синтезируемые на свободных  рибосомах, остаются в гиалоплазме. Например, на свободных рибосомах  синтезируется гемоглобин в эритроцитах. В митохондриях, пластидах и клетках  прокариот также присутствуют рибосомы.

К немембранным органеллам относят микротрубочки и микрофиламенты. Микротрубочки – тончайшие трубочки диаметром 24 нм, стенки которых образованы белком тубулином. Глобулярные субъединицы этого белка располагаются по спирали. Микротрубочки определяют направление перемещения внутриклеточных компонентов, в том числе расхождение хромосом к полюсам клетки при делении ядра. Они участвуют в образовании «цитоскелета». Микрофиламенты – тонкие белковые нити диаметром 6 нм, состоят из белка актина, близкого тому, который содержится в мышцах. Эти нити, как и микротрубочки, являются элементами «цитоскелета». Они образуют кортикальный слой под плазматической мембраной. Кроме микротрубочек, присутствующих в цитоплазме, в клетке имеются микротрубочки, формирующие центриоли клеточного центра, базальные тельца, реснички и жгутики.

Клеточный центр располагается около ядра и состоит из парных центриолей и центросферы.

Центриоли характерны для  животных клеток, их нет у высших растений, низших грибов и некоторых  простейших. Центриоли окружены зоной  более светлой цитоплазмы, от которой  радиально отходят тонкие фибриллы (центросферы). Основу центриолей составляют девять триплетов микротрубочек (9+0), расположенных по окружности, и образующих полый цилиндр. Триплеты микротрубочек  по кольцу объединены фибриллами. Радиальные фибриллы от каждого триплета отходят  к центру, где они соединяются  друг с другом.

В интерфазных клетках  присутствуют две центриоли, расположенные  под прямым углом друг к другу.

Перед делением ядра в  синтетическом периоде центриоли  удваиваются. В начале митоза к полюсам  клетки направляются по две центриоли. Они принимают участие в формировании веретена деления, состоящего из микротрубочек. Центриоли участвуют в организации  цитоплазматических микротрубочек.

В цитоплазме клеток присутствуют включения - непостоянные компоненты, выполняющие функцию запаса питательных веществ ( капли жира, глыбки гликогена), различных секретов, подготовленных к выведению из клетки. К включениям относят некоторые пигменты (гемоглобин, липофуцин) и другие. Включения синтезируются в клетке и используются в процессе обмена.

№7

Организация наследственного материала  в клетке

В 1928 году Гриффит изучал безкапсульные неверулентные (т.е. не вызывающие заболевания) пневмококки  и верулентные в полисахариде капсулы, вызывающие воспаление лёгкого. Опыты проводились для создания вакцины.

При инъекции мышам живых  безкапсульных бактерий они выживали. А при введении живых капсульных – умирали.

При введении убитых при  нагревании и живых безкапсульных  пневмококков мыши погибали, а их них  выделяли живых капсульных бактерий.

Таким образом способность  образовывать капсулу перешла от одних бактерий к другим. Фактором, превращающим некапсульные пневмококки  в патогенные, является ДНК, а само явление называется трансформацией.

Химическая природа  ДНК была установлена Эвери, Макмедом, Маккарти в 1944 году.

Впервые ДНК из гноя выделил  биохимическим методом швейцарский  учёный Ф. Мишер в 1869 году.

ДНК – это полимер, мономером которого является нуклеотид. Нуклеотид состоит из азотистого основания, пуринового (аденин или гуанин, пуринового или перимединового), дизоксирибозы  и остатка фосфорной кислоты.

Эдвин Чоргаф обнаружил, что количественное содержание гуанина  равно содержанию цитозина, а содержание аденина равно содержанию тимина, и сформулировал правило Чаргафа:

• отношение суммы Аденина и Гуанина равно сумме Тимина и Цитозина

Основную структуру  ДНК установили Уотсон и Крик:

ДНК – это двойная  спираль, 10 пар оснований составляет полный оборот (360⁰). Основание находится внутри спирали, а их фосфатная группа находится снаружи. Таким образом первичная структура ДНК представляет собой цепочку нуклеотидов, в которой они связанны фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура ДНК – представлена двойной цепочкой, в которой азотистые основания связанны водородными связями. Между Аденином и Тимином двойная связь, а между Гуанином и Цитозином – одинарная.

Третичная структура ДНК – это лево- или правозакрученная спираль.

Репликация.

Основное свойство ДНК  – способность к репликации.

Значение репликации – обеспечение потомков полной и  точной генетической информацией. Этот процесс был изучен в лаборатории  А. Корнберга в 1955-57 году.

Репликация  основывается на 3х принципах:

1. Комплиментарность – азотистые основания своей пространственной структурой должны дополнять друг друга.
2. Полуконсервативность – каждая молекула состоит из 1 цепи исходной родительской информации, а вторую синтезирует заново.
3. Антиполярность.

Для того, чтобы начался  процесс репликации суперспирализованная ДНК должна быть релаксированна и  цепи выпрямлены. Участок расхождения  цепи ДНК называют репликативной  вилкой. Ферментативный комплекс, осуществляющий репликацию может работать только в  одном направлении – от 5’ к 3’ концу. Поэтому только одна из новых цепей будет ситезироваться непрерывно и называется лидирующей. Вторая цепь будет синтезироваться в виде фрагментов – фрагменты Оказаки, которые затем сшиваются в единую цепь. Синтез таких фрагментов идёт на фрагменте РНК (РНК-затравка или праймер), который в последствии удаляется.

Единицей репликации является репликон.

Ферментативный  комплекс, участвующий в репликации ДНК:

1. ДНК-геликаза – расплетает двойную спираль.
2. Белки-дестабилизаторы – расплетают участки ДНК, делая её доступной для других ферментов.
3. ДНК-топоизомераза – разрывает фосфодиэфирные связи.
4. РНК-проймаза – синтезирует РНК-затравку.
5. ДНК-полимераза – основной элемент репликации. Синтезирует лидирующую цепь и фрагменты Оказаки.
6. ДНК-липаза – сшивает фрагменты Оказаки в единую цепь.

Репликация у прокариот  и эукариот протекает не одинарно. У прокариот имеется одна кольцевая  ДНК и она имеет только 1^ну точку начала репликации, она же является точкой её окончания. Таким образом репликативная вилка проходит последовательно всю ДНК и функционирует как единственный репликон. Скорость полимеризации 500-1000 нуклеотидов.